【摘要】：黃土高原土地利用變化(LUC)劇烈,使地表覆蓋狀況始終處于動態(tài)更迭;與此對應(yīng),深厚黃土儲備的“土壤水庫”和“地下水庫”出現(xiàn)干燥化和枯竭的問題。大量研究分析了LUC與土壤干燥化的關(guān)系,但LUC對地下水枯竭和水質(zhì)的影響研究很少,不能滿足生態(tài)建設(shè)和地下水資源管理的決策需要。為此,本研究選取黃土高原洛川塬、長武塬和白草塬三個典型塬區(qū)為研究區(qū)域,分別從定性和定量的角度探討LUC對深層土壤水分運移的影響;基于氯質(zhì)量平衡法(CMB),量化土地利用變化下的地下水補給量;測定土壤中NO_3-N濃度,分析LUC與NO_3-N累積遷移的關(guān)系,評估塬區(qū)水體被NO_3~-污染的風(fēng)險。主要研究結(jié)果如下:1.土壤含水量和土壤水分垂直分布對LUC有顯著的響應(yīng)。本研究中導(dǎo)致三個塬區(qū)土壤水分差異的主要原因是氣候類型、土壤性質(zhì)和植被分布狀況的共同作用,整體而言,三個塬區(qū)的土壤水分分布狀況與降雨量呈顯著相關(guān),與降雨量相對豐富的長武塬和洛川塬相比,白草塬的干燥化現(xiàn)象更為嚴重,多數(shù)樣地達到強烈的干燥化程度,土壤干層厚度也更大;土壤黏粒含量高的地區(qū)具有更好的保水性能和優(yōu)越的水分條件。而在同一地區(qū),植被覆蓋狀況是導(dǎo)致土壤水分分布差異的主要原因,洛川塬和長武塬農(nóng)地轉(zhuǎn)果園后土壤水分明顯減少(深層土壤水分減少量達27-47%),并且隨著果齡的增加土壤水分虧缺加重,并且出現(xiàn)不同程度干燥化現(xiàn)象。2.不同土地利用方式下補給量和入滲速率不同,且三個塬區(qū)的地下水補給量存在明顯差異。洛川塬區(qū)和長武塬區(qū)荒地/農(nóng)地轉(zhuǎn)變成果園后,補給量顯著減少,且補給量與果齡之間呈顯著的負相關(guān)關(guān)系。白草塬氣候干旱,土壤持續(xù)性干燥化阻斷了降雨-土壤水-地下水系統(tǒng)的循環(huán)路徑,補給量遠小于其他兩個塬區(qū)。基于活塞流補給的假定計算降水到達地下水的時間,洛川塬、長武塬和白草塬分別需要167-834年、106-568年和298-3345年,可見近幾十年LUC對土壤水分的影響還不能達到地下水,但百年后將嚴重威脅地下水資源的可持續(xù)性。3.LUC導(dǎo)致土壤氮素的累積與淋溶特征發(fā)生變化,進而影響地下水水質(zhì)。洛川塬和長武塬果園NO_3-N含量普遍大于荒地/農(nóng)地,有明顯的峰值出現(xiàn),峰值的寬度和深度、NO_3-N累積量隨果齡增大而增大。白草塬農(nóng)地以外的土地利用方式下NO_3-N濃度較低,沒有明顯峰值。LUC導(dǎo)致NO_3~-進入地下水的速度和數(shù)量有所差異。洛川塬地下水NO_3~-輸入量為撂荒地和低齡果園高于高齡果園,長武塬農(nóng)地進入地下水的NO_3~-總量略高于20年果園,白草塬LUC對地下水NO_3~-輸入量影響不大。綜合評估補給量和溶質(zhì)濃度對地下水質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)補給量是影響干旱半干旱區(qū)地下水水質(zhì)的首要因素。
【圖文】：

度(Clsm)和降水中氯離子濃度(Clp)存在以下關(guān)系：PsmP Cl=R Cl(1-1)式中，P：研究區(qū)的年均降雨量(mm/yr)；Clp：年均降雨氯離子加權(quán)平均濃度，包括干濕沉降(mg/L)；R：研究區(qū)地下水補給量(mm/yr)；Clsm：植物根系作用層以下的氯離子量(mg/L)。在干旱和半干旱條件下，土壤氯離子濃度—土壤深度變化曲線有三種(如圖 1-2)：活塞式補給模型(1-2a)，淺層因植物蒸騰和水分蒸發(fā)作用土壤氯離子濃度增加，植物系層以下達到穩(wěn)定值(Clsm)，，此時與地下水中氯離子濃度(Clgw)相近；② 圖(1-2b)認為塞式補給與捷徑式補給或其他形式的補給方式共存，優(yōu)先流快速向下補給或地下水位動，使 Clgw降低，此時 Clgw＜Clsm；③ 圖(1-2c)與圖(1-2b)一樣存在其他補給源補給，反映了相應(yīng)條件下入滲補給的歷史和變化過程(Allison 1988)。

2.1 研究區(qū)概況黃土高原地處我國內(nèi)陸腹地(E100°54′-114°33′，N33°43′-41°16′)，東西南北分別延伸至賀蘭山和日月山、太行山、陰山、秦嶺，跨七省，總面積達 62.4 萬 km2，約占世界黃土分布總面積的 70%左右。該地區(qū)海拔 900-2200m，地形西北高東南低。年均氣溫 3.6-14.3 ℃，年降雨量 150-800 mm，且多集中在 6-9 月，屬典型大陸性季風(fēng)氣候特征。沿西北至東南方向，該區(qū)氣候類型依次為干旱、半干旱和半濕潤氣候，土壤質(zhì)地也呈現(xiàn)明顯的地帶性分布(Wang et al. 2011)。由于黃土質(zhì)地疏松，加之歷代植被的不合理利用，在降雨頻發(fā)的季節(jié)，水土流失現(xiàn)象十分嚴重，使其成為世界上生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)。本文所選研究區(qū)位于黃土高原西南部的黃土塬區(qū)，分別為洛川塬、長武塬和白草塬(圖 2-1)，并選取每個塬區(qū)中具有代表性的植被類型作為研究對象。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：F301.24;X523

【參考文獻】

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本文編號：2641659